CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1. Lí do chọn đề tài 1. Ô nhiễm môi trường Trong nhiều năm trở lại đây, số lượng phương tiện giao thông cá nhân gia tăng một cách nhanh chóng khiến cho mật độ ô nhiễm không khí tại các khu đô thị trên cả nước ngày càng nghiêm trọng đặc biệt tại 2 thành phố lớn là Hồ Chí Minh và Hà Nội. Hoạt động giao thông vận tải được xem là một nguồn gây ô nhiễm lớn và đáng lo ngại đối với môi trường không khí ở nước ta.
Vấn đề ô nhiễm không khí do hoạt động giao thông vận tải đô thị gây ra ở nước ta xuất phát từ nhiều nguyên nhân khác nhau. Trước hết, đó là ảnh hưởng của quá trình đô thị hóa gắn liền với quá trình công nghiệp hóa. Quá trình đô thị hóa một mặt sẽ thúc đẩy sự phát triển kinh tế, xã hội và kéo theo đó dân số đô thị sẽ không ngừng gia tăng. Hiện nay, dân số đô thị ở nước ta đang tăng nhanh và chưa có dấu hiệu được kiềm chế.
Năm 2002 dân số đô thị mới chiếm 25% dân số cả nước thì đến năm 2012 dân số đô thị lên tới 34% và năm 2015 là 35,7%. Điều đó dẫn đến số lượng phương tiện giao thông cơ giới đang quản lý trên địa bàn các đô thị cũng ngày một gia tăng. Theo số liệu của Cục Cảnh sát giao thông, năm 2015 toàn quốc có 50.934 phương tiện (2.854 xe mô tô, xe máy). Chỉ tính riêng tổng số phương tiện cơ giới đang quản lý trên địa bàn Hà Nội là 5.729 phương tiện (là 546.672 xe mô tô, xe gắn máy), trên địa bàn Thành phố Hồ Chí Minh là 7.707 xe mô tô, gắn máy).
Có thể khẳng định, khí thải ô nhiễm môi trường ở đô thị có tới 70% bắt nguồn từ các phương tiện giao thông. Ở Việt Nam, khoảng 75% số lượng ô tô chạy bằng nhiên liệu xăng, 25% số lượng ô tô chạy bằng dầu DO, 100% xe máy chạy bằng xăng. Khi các phương tiện sử dụng nhiên liệu để vận hành, động cơ sẽ phát thải một lượng lớn các chất khí có thành phần độc hại gây ô nhiễm môi trường và ảnh hưởng trực tiếp tới sức khỏe người tham gia giao thông và sinh sống dọc các tuyến đường giao thông. Khí thải do động cơ đốt trong thải ra từ sự đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu bên trong xylanh động cơ gồm: - Oxit Cacbon (CO): Là chất khí không màu, không thấy được, được tạo ra khi nhiên liệu chứa cacbon cháy không hết – đe dọa nghiêm trọng đến sức khỏe con người, cản trở vận 1 chuyển oxi từ máu vào tới các mô.
CO2 gây ra hiệu ứng nhà kính cùng với sự nóng lên toàn cầu. - Oxit Nito (NOx): Là một dạng hợp chất Dioxit Nito (NO2) gắn liền với việc gia tăng ô nhiễm đường hô hấp, làm tắc nghẽn đường thở ở người mắc bệnh hen, giảm chức năng của phổi. NOx góp phần làm tăng lượng bụi hạt bằng cách chuyển thành Axit Nitric trong không khí và tạo hạt Nitrat. - Ozon (O3): Có thể làm tổn hại đến hô hấp bao gồm đau ngực, ho và thở ngắn.
Ozon làm hư hại cây cối, tăng khả năng côn trùng gây hại cho cây, hư hỏng vật liệu, tầm nhìn. - Hydrocacbon (HC): Gây ô nhiễm độc hại trong không khí có thể tác động đến sức khỏe cộng đồng. Các Hydrocacbon thơm thường rất độc, có thể gây ung thư. HC tồn tại trong khí quyển còn gây sương mù, gây tác hại cho mắt và đường hô hấp.
- Chì (Pb): Đối với tế bào sống thì chì rất độc, làm giảm khả năng hấp thụ oxi trong máu. - Lưu huỳnh đioxit (SO2): Là một chất háo nước, dễ hòa tan vào nước mũi, giảm khả năng đề kháng của cơ thể và làm tăng cường độ tác hại chất ô nhiễm khác. - Chất thải dạng hạt (PM): Làm giảm tầm nhìn và hủy hoại các vật chất, gây hại tới sức khỏe con người. - Khí cacbonic (CO2): Là sản phẩm cháy hoàn toàn của Cacbon và Oxi.
Tuy CO2 không độc đối với sức khỏe con người nhưng với nồng độ quá lớn sẽ gây ngạt thở. Ngoài ra CO2 là thủ phạm chính gây ra hiệu ứng nhà kính. Ô nhiễm không khí là vấn đề phức tạp, liên quan đến nhiều lĩnh vực, hoạt động của đô thị: xây dựng, sử dụng đất, giao thông, hoạt động dân sinh, công nghiệp, năng lượng, … Do vậy, việc kiểm soát và giảm thiểu ô nhiễm không khí đô thị là một điều cấp bách không đối với thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng. Sự khan hiếm của nhiên liệu hóa thạch Hiện nay, hầu hết các phương tiện giao thông trên thế giới đều phụ thuộc nặng nề vào nhiên liệu hóa thạch như xăng và dầu Diesel là chính.
Nếu không có nhiên liệu hóa thạch, nền kinh tế cùng với các phương tiện giao thông liên lạc, vận tải sẽ rơi vào khủng hoảng, ngưng trệ. Gần như toàn bộ nền kinh tế, chính xác hơn là toàn bộ xã hội hiện đại đã phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch. Kết quá tính toán dựa trên tốc độ khai thác và sử dụng các 2 nhiên liệu hóa thạch hiện nay đã chỉ ra rằng trữ lượng dầu mỏ trên toàn thế giới chỉ có thể đáp ứng khoảng gần 40 năm nữa. Việc này dẫn đến giá của nhiên liệu hóa thạch ngày càng tăng làm cho nền kinh tế có nguy cơ rơi vào khủng hoảng.
Tuy nhiên, khi nhu cầu về dầu mỏ vượt quá nguồn cung thì giá của các sản phẩm phụ thuộc dầu mỏ như lương thực sẽ tăng giá với tốc độ rất nhanh chưa từng có. Điều này cũng sẽ gây ra hậu quả khôn lường cho nền kinh tế toàn cầu và những người dân có mức thu nhập trung bình thấp. Các chuyên gia cũng cảnh báo rằng nếu con người không chuyển hướng khỏi việc xây dựng một xã hội dựa trên dầu mỏ thì nền kinh tế của chúng ta sẽ sụp đổ. Xăng và Diesel có gốc từ dầu mỏ là những nhiên liệu có hạn và khó có thể tái tạo được, nếu muốn tái tạo lại cần phải mất hàng triệu năm nhưng con người chỉ mất chưa đầy 200 năm để tiêu thụ hết nguồn cung cấp dầu mỏ trên trái đất.
Tầm quan trọng của việc sử dụng nhiên liệu thay thế Hiện nay, trữ lượng dầu mỏ đang dần cạn kiệt và theo ước tính nếu không phát hiện thêm được trữ lượng mới thì nguồn dầu mỏ chỉ đủ dùng cho tới năm 2050. Bên cạnh đó, nguồn nhiên liệu truyền thống còn gây ra những vấn đề nghiêm trọng về ô nhiễm môi trường và hiệu ứng nhà kính gây biến đổi khí hậu. Trước thực trạng đó, nhiên liệu thay thế cho các nhiên liệu truyền thống đóng một vai trò rất quan trọng trong việc cung cấp năng lượng trong tương lai. Các loại nhiên liệu thay thế được phân loại như sau: - Nhiên liệu gốc hóa thạch: Khí nén thiên nhiên (CNG), khí thiên nhiên hóa lỏng (LNG), khí dầu mỏ hóa lỏng (LPG).
- Nhiên liệu sinh học được hình thành từ các hợp chất có nguồn gốc động, thực vật như: Diesel sinh học (Biodiesel), xăng sinh học (Biogasoline), khí sinh học (Biogas). - Ngoài ra còn có những loại nhiên liệu thay thế khác đang được sử dụng hoặc nghiên cứu như Hidro (H2), pin nhiên liệu (Fuel Cell), Amoniac (NH3)… Những nhiên liệu điển hình có thể thay thế cho nhiên liệu truyền thống gốc từ dầu mỏ hiện được nhiều quốc gia trên thế giới sử dụng, có thể kể đến như: - Khí đốt hóa lỏng (LPG): là sản phẩm trung gian giữa khí thiên nhiên và dầu thô. Nhiên liệu khí hóa lỏng có thể thu được từ công đoạn lọc dầu. Động cơ sử dụng LPG ít gây ô nhiễm nhờ giảm lượng lớn chất độc hại như Hydro cacbon (HC), Oxit Nito (NO x), khí Cacbonic (CO2), Oxit Cacbon (CO).
LPG có chỉ số chống kích nổ cao, chi phí sản xuất thấp, 3 có tính kinh tế nhiên liệu cao hơn so với nhiên liệu xăng truyền thống. Nhiệt trị theo khối lượng của LPG lỏng tương đương với xăng. Trữ lượng LPG ở nước ta rất dồi dào, sản lượng của LPG trong giai đoạn từ 2021 - 2030 sẽ vào khoảng 100. - Khí thiên nhiên nén (CNG): là khí được khai thác từ các mỏ khí có sẵn trong tự nhiên.
Thành phần chủ yếu của khí thiên nhiên là Metan (CH4) chiếm khoảng 80 - 90%. Sản phẩm cháy thu được sau khi đốt cháy CNG ít gây ô nhiễm môi trường hơn, sản xuất đơn giản hơn, an toàn, có trữ lượng rất lớn trên thế giới và Việt Nam. Nhiệt trị khối lượng của CNG cao hơn 10% so với nhiên liệu xăng truyền thống. Ngày nay khí nhiên liệu có thể chế tạo từ rác thải mà không phụ thuộc vào các mỏ khí thiên nhiên, quốc gia đứng đầu trong việc sử dụng khí thiên nhiên nhân tạo phải kể đến Hàn Quốc.
- Khí Hydro (H2): là nhiên liệu sạch, thân thiện môi trường, có thể tái sinh, nhiệt lượng tỏa ra cao, trữ lượng vô cùng phong phú. H2 được sản xuất từ nước và năng lượng mặt trời. Nhiệt lượng tỏa ra khi cháy gấp 3 lần xăng. - Ethanol: là một loại rượu làm từ thực vật, có hàm lượng Octan cao nên Ethanol là loại nhiên liệu lí tưởng cho động cơ có tỷ số nén cao, lượng khí thải thấp.
Ethanol có giá trị nhiệt trị thấp nhỏ hơn xăng và bay hơi kém hơn xăng. Một trong số những nhiên liệu thay thế sử dụng cho động cơ đốt trong có thể thỏa mãn đồng thời hai vấn đề quan trọng đó là môi trường và không phụ thuộc vào nhiên liệu gốc dầu mỏ, đó là nhiên liệu khí thiên nhiên nén viết tắt là CNG. Các kết quả nghiên cứu về so sánh chi phí sử dụng giữa nhiên liệu CNG với xăng và Diesel đã chỉ ra rằng chi phí cho phương tiện vận tải sử dụng nhiên liệu CNG thấp hơn khoảng 10% đến 30%. Giá của nhiên liệu CNG ổn định cao hơn so với dầu mỏ, chi phí sửa chữa và bảo dưỡng của động cơ nhiên liệu CNG thấp hơn so với các động cơ sử dụng nhiên liệu truyền thống (xăng và Diesel).
Mặc dù giá thành của các xe chạy CNG hoặc bộ chuyển đổi còn khá cao nhưng trong tương lai hứa hẹn giá sẽ giảm bên cạnh đó là những cải tiến về hiệu suất và tính năng sử dụng. Một ưu điểm nữa của việc sử dụng nhiên liệu CNG đó là giảm được đáng kể lượng khí thải độc hại đồng thời không bị phụ thuộc vào các nguồn cung cấp nhiên liệu xăng và Diesel truyền thống. Tuy nhiên, để các động cơ đốt trong chỉ sử dụng nhiên liệu CNG thỏa mãn được các yêu cầu trên thì cần phải hiểu được tính chất vật lí và hóa học của khí thiên nhiên.